KR20230048421A - LIDAR window blocking detection - Google Patents
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Abstract
FMCW LIDAR 시스템에서 LIDAR 윈도우 장애물들을 검출하고, FMCW LIDAR 시스템에 대한 LIDAR 윈도우 장애물들의 동작 효과들을 분석하고, 그리고 FMCW LIDAR 시스템에 대한 동작 효과들을 완화하기 위한 시스템들, 방법들 및 컴퓨터-판독 가능 매체로 구현 가능한 방법들이 개시된다.Systems, methods and computer-readable media for detecting LIDAR window obstacles in an FMCW LIDAR system, analyzing operational effects of LIDAR window obstacles on an FMCW LIDAR system, and mitigating operational effects on an FMCW LIDAR system. Methods that can be implemented are disclosed.
Description
[0001] 본 출원은 2020년 8월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/994,109호의 35 U.S.C. § 119(e) 하의 이익을 주장하며, 이로써 이 출원의 전체 내용은 인용에 의해 본원에 통합된다.[0001] This application claims the 35 U.S.C. of U.S. Patent Application Serial No. 16/994,109, filed on August 14, 2020. § 119(e), the entire contents of this application are hereby incorporated herein by reference.
[0002] 본 개시는 일반적으로 LIDAR(light detection and ranging) 시스템들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 LIDAR 시스템의 뷰잉 윈도우 상의 장애물들의 검출, 평가 및 완화에 관한 것이다.[0002] This disclosure relates generally to light detection and ranging (LIDAR) systems, and more specifically to the detection, assessment, and mitigation of obstacles on a viewing window of a LIDAR system.
[0003] 주파수 변조 연속파(FMCW: Frequency-Modulated Continuous-Wave) LIDAR 시스템은 타깃들의 주파수-처핑된(chirped) 조명을 위한 튜닝 가능한 레이저들, 및 전송된 신호의 로컬 사본과 결합되는 타깃들로부터의 후방 산란 또는 반사된 광의 검출을 위한 코히런트(coherent) 수신기들을 사용한다. 타깃까지 그리고 반대로의 왕복 시간만큼 지연된 복귀 신호와 로컬 사본의 혼합은 시스템의 시야에서 각각의 타깃까지의 거리에 비례하는 수신기에서의 비트(beat) 주파수를 생성한다.[0003] A Frequency-Modulated Continuous-Wave (FMCW) LIDAR system has tunable lasers for frequency-chirped illumination of targets, and a signal from the targets that is coupled with a local copy of the transmitted signal. Use coherent receivers for detection of backscattered or reflected light. Mixing the local copy with the delayed return signal by the round-trip time to and from the target produces a beat frequency at the receiver that is proportional to the distance of each target from the system's field of view.
[0004] 이러한 시스템들은 외부 환경이 가혹할 수 있는 내비게이션용 자율 차량들 상에서 사용될 수 있다. 시스템들의 광학, 전기 광학 및 기계적인 구성 요소들을 보호하기 위해, 광 빔은 시일링된(sealed) 윈도우들을 통해 전송된다. 그러나, 빔은 비, 물방울, 진흙, 도로 소금, 곤충들 또는 다른 잔해에 의해 차단될 수 있으며, 이는 빔들을 차단하거나 감쇠시켜 안전 위험을 초래할 수 있다.[0004] These systems may be used on autonomous vehicles for navigation where the external environment may be harsh. To protect the optical, electro-optical and mechanical components of the systems, the light beam is transmitted through sealed windows. However, the beams may be blocked by rain, water droplets, mud, road salt, insects or other debris, which may block or dampen the beams and pose a safety hazard.
[0005] 본 개시는 LIDAR 윈도우들에 대한 장애물들의 효과들을 검출, 평가 및 완화하기 위한 LIDAR 시스템들 및 방법들의 다양한 예들을 설명한다.[0005] This disclosure describes various examples of LIDAR systems and methods for detecting, evaluating, and mitigating the effects of obstacles on LIDAR windows.
[0006] 일 예에서, 본 개시에 따른 LIDAR 시스템은 LIDAR 윈도우를 통해 광 빔을 전송하고 광 빔의 반사들로부터 복귀 신호를 수신하는 광 스캐너를 포함한다. LIDAR 시스템은 또한 복귀 신호에 대응하는 레인지-의존 기저대역 신호를 생성하는 광 프로세싱 시스템을 포함한다. LIDAR 시스템은 또한 프로세서 및 비일시적 메모리를 포함하는 신호 프로세싱 시스템을 포함하고, 메모리는 프로세서에 의해 실행될 때 LIDAR 시스템으로 하여금 복귀 신호가 LIDAR 윈도우 상의 장애물에 의해 야기되는지 여부를 결정하게 하고, LIDAR 시스템에 대한 장애물의 동작 효과들을 결정하게 하고, 장애물의 동작 효과들을 완화하게 하는 명령들을 저장한다.[0006] In one example, a LIDAR system according to the present disclosure includes an optical scanner that sends a light beam through a LIDAR window and receives a return signal from reflections of the light beam. The LIDAR system also includes an optical processing system that generates a range-dependent baseband signal corresponding to the return signal. The LIDAR system also includes a signal processing system comprising a processor and a non-transitory memory, which, when executed by the processor, causes the LIDAR system to determine whether a return signal is caused by an obstacle on the LIDAR window, and to the LIDAR system. It stores instructions that allow determining the motional effects of an obstacle on the motion and mitigating the motional effects of an obstacle.
[0007] 일 예에서, 복귀 신호가 LIDAR 윈도우 상의 장애물에 의해 야기되는지 여부를 결정하기 위해, 신호 프로세싱 시스템은 임계 주파수 미만인, 레인지-의존 기저대역 신호의 주파수들을 검출하도록 구성된다.[0007] In one example, to determine whether a return signal is caused by an obstacle on a LIDAR window, the signal processing system is configured to detect frequencies of the range-dependent baseband signal that are below a threshold frequency.
[0008] 일 예에서, 장애물의 동작 효과들을 결정하기 위해, LIDAR 시스템은 차단된 시야(FOV: field of view) 및 장애물에 의해 반사된 에너지를 식별하기 위해 반사도 맵을 생성하도록 명령을 받는다.[0008] In one example, to determine operational effects of an obstacle, a LIDAR system is instructed to generate a reflectivity map to identify an obstructed field of view (FOV) and energy reflected by the obstacle.
[0009] 일 예에서, LIDAR 시스템은 차단된 FOV가 안전 임계 FOV인지 여부를 결정하고 최대 검출 레인지가 최소 안전 임계 검출 레인지보다 작은지 여부를 결정하기 위해 FOV의 반사도 맵을 분석하도록 명령을 받는다.[0009] In one example, the LIDAR system is instructed to analyze a reflectivity map of the FOV to determine whether the blocked FOV is a safe threshold FOV and to determine whether the maximum detection range is less than the minimum safe threshold detection range.
[0010] 일 예에서, LIDAR 시스템은 차량-장착 시스템이고, 신호 프로세싱 시스템은 차량의 속도를 늦추고, 차량을 주차하고, LIDAR 윈도우를 청소하는 것 중 하나 이상에 의해 장애물의 동작 효과들을 완화하도록 구성된다.[0010] In one example, the LIDAR system is a vehicle-mounted system, and the signal processing system is configured to mitigate operational effects of an obstacle by one or more of slowing the vehicle, parking the vehicle, and cleaning the LIDAR window. do.
[0011] 일 예에서, 광 프로세싱 시스템은 FMCW 광 빔을 생성하는 광원, 광원으로부터 FMCW 광 빔을 수신하는 광 커플러, FMCW 광 빔을 광 스캐너로 지향시키고 광 스캐너로부터 복귀 신호를 수신하기 위해 광 커플러와 커플링된 편광 빔 스플리터(PBS: polarization beam splitter), 및 PBS로부터의 복귀 신호 및 광 커플러로부터의 FMCW 광 빔의 샘플을 수신하는 광 검출기(PD: photodetector) ― PD는 복귀 신호와 FMCW 광 빔의 샘플의 공간 혼합으로부터 레인지-의존 기저대역 신호를 생성하도록 구성됨 ― 를 포함한다.[0011] In one example, an optical processing system includes a light source to generate an FMCW light beam, an optical coupler to receive the FMCW light beam from the light source, and an optical coupler to direct the FMCW light beam to an optical scanner and receive a return signal from the optical scanner. A polarization beam splitter (PBS) coupled with, and a photodetector (PD) receiving a return signal from the PBS and a sample of the FMCW light beam from the optical coupler - the PD receives the return signal and the FMCW light beam configured to generate a range-dependent baseband signal from spatial mixing of samples of
[0012] 일 예에서, 신호 프로세싱 시스템은 레인지-의존 기저대역 신호의 시간 영역 샘플들을 생성하기 위해 광 프로세싱 시스템과 커플링된 샘플러, 시간 영역 샘플들을 주파수 영역으로 변환하기 위해 샘플러에 커플링된 이산 푸리에 변환(DFT: discrete Fourier transform) 프로세서, 및 임계 주파수 미만인 주파수들에서 에너지 피크들을 검색하기 위해 DFT 프로세서에 커플링된 피크 검색 프로세서를 포함한다.[0012] In one example, a signal processing system includes a sampler coupled with an optical processing system to generate time domain samples of a range-dependent baseband signal, a discrete coupled sampler to convert the time domain samples to the frequency domain. A discrete Fourier transform (DFT) processor, and a peak search processor coupled to the DFT processor to search for energy peaks at frequencies below a threshold frequency.
[0013] 일 예에서, 신호 프로세싱 시스템은 또한 도플러(Doppler) 스캐닝 아티팩트들을 보정하기 위해 피크 검색 엔진에 커플링된 주파수 보상 프로세서, 및 반사도 맵 및 LIDAR 윈도우 건전성 보고서를 생성하기 위해 주파수 보상 프로세서에 커플링된 사후-프로세서를 포함한다.[0013] In one example, the signal processing system also includes a frequency compensation processor coupled to a peak search engine to correct for Doppler scanning artifacts, and a frequency compensation processor to generate a reflectivity map and a LIDAR window health report. Contains a linked post-processor.
[0014] 일 예에서, LIDAR 시스템에서의 방법은 LIDAR 복귀 신호로부터 LIDAR 윈도우 상에 있는 또는 LIDAR 윈도우 부근에 있는 장애물을 검출하는 단계; LIDAR 시스템에 대한 LIDAR 윈도우 장애물의 동작 효과를 결정하는 단계 및 LIDAR 시스템에 대한 LIDAR 윈도우 장애물의 동작 효과를 완화하는 단계를 포함한다.[0014] In one example, a method in a LIDAR system includes detecting an obstacle on or near a LIDAR window from a LIDAR return signal; Determining the operational effect of the LIDAR window obstacle on the LIDAR system and mitigating the operational effect of the LIDAR window obstacle on the LIDAR system.
[0015] 일 예에서, 비일시적 컴퓨터-판독 가능 매체는 LIDAR 시스템의 프로세서에 대한 명령들을 포함하고, 명령들은 LIDAR 시스템으로 하여금 LIDAR 복귀 신호로부터 LIDAR 윈도우 상에 있는 또는 LIDAR 윈도우 부근에 있는 장애물을 검출하게 하고, LIDAR 시스템에 대한 LIDAR 윈도우 장애물의 동작 효과를 결정하게 하고, LIDAR 시스템에 대한 LIDAR 윈도우 장애물의 동작 효과를 완화하게 한다.[0015] In one example, the non-transitory computer-readable medium includes instructions for a processor of a LIDAR system, the instructions causing the LIDAR system to detect an obstacle on or near the LIDAR window from the LIDAR return signal. to determine the operational effect of LIDAR window obstacles on the LIDAR system, and to mitigate the operational effect of LIDAR window obstacles on the LIDAR system.
[0016] 다양한 예들의 보다 완전한 이해를 위해, 유사한 식별자들이 유사한 요소들에 대응하는 첨부 도면과 관련하여 취해진 이하의 상세한 설명을 이제 참조한다.
[0001] 도 1은 본 개시에 따른 예시적인 LIDAR 시스템을 예시하는 블록도이다.
[0017] 도 2는 본 개시에 따른 LIDAR 파형들의 일 예를 예시하는 시간-주파수 다이어그램이다.
[0018] 도 3은 본 발명에 따른 예시적인 광 프로세싱 시스템을 예시하는 블록도이다.
[0019] 도 4는 본 개시에 따른 시간 영역 레인지-의존 기저대역 신호의 예를 예시하는 시간-크기 플롯(plot)이다.
[0020] 도 5는 본 개시에 따른 예시적인 신호 프로세싱 시스템을 예시하는 블록도이다.
[0021] 도 6은 본 개시에 따른 LIDAR 윈도우 반사도 맵의 예의 예시이다.
[0022] 도 7은 본 개시에 따른 각도 해상도와 주파수 해상도 사이의 트레이드오프(tradeoff)를 예시하는 샘플링 타임라인들의 예이다.
[0023] 도 8은 본 개시에 따라 LIDAR 윈도우 차단을 검출하고 평가하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
[0024] 도 9는 본 개시에 따른 LIDAR 윈도우 차단을 검출 및 평가하기 위한 시스템을 예시하는 블록도이다.[0016] For a more complete understanding of the various examples, reference is now made to the detailed description below taken in conjunction with the accompanying drawings in which like identifiers correspond to like elements.
[0001] FIG. 1 is a block diagram illustrating an exemplary LIDAR system according to the present disclosure.
[0017] FIG. 2 is a time-frequency diagram illustrating an example of LIDAR waveforms according to the present disclosure.
[0018] Figure 3 is a block diagram illustrating an exemplary light processing system in accordance with the present invention.
[0019] FIG. 4 is a time-scale plot illustrating an example of a time-domain range-dependent baseband signal according to the present disclosure.
5 is a block diagram illustrating an exemplary signal processing system according to the present disclosure.
[0021] FIG. 6 is an illustration of an example of a LIDAR window reflectivity map according to this disclosure.
[0022] FIG. 7 is an example of sampling timelines illustrating a tradeoff between angular resolution and frequency resolution according to the present disclosure.
[0023] FIG. 8 is a flow diagram illustrating an example method for detecting and evaluating LIDAR window blocking according to the present disclosure.
9 is a block diagram illustrating a system for detecting and evaluating LIDAR window blocking according to the present disclosure.
[0025] 본 개시는 LIDAR 윈도우들 상의 장애물의 효과들을 검출하고 완화하기 위한 LIDAR 시스템들 및 방법들의 다양한 예들을 설명한다. 일부 실시예들에 따르면, 설명된 LIDAR 시스템은 운송, 제조, 계측, 의료 및 보안 시스템들에 한정되지는 않지만 이와 같은 임의의 감지 시장에서 구현될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 설명된 LIDAR 시스템은 자동 운전자 지원 시스템들 또는 자체-주행 차량들에 대한 공간 인식을 지원하는 주파수 변조 연속파(FMCW: frequency modulated continuous-wave) 디바이스의 프론트-엔드의 일부로 구현된다.[0025] This disclosure describes various examples of LIDAR systems and methods for detecting and mitigating the effects of obstacles on LIDAR windows. According to some embodiments, the described LIDAR system may be implemented in any sensing market, such as but not limited to transportation, manufacturing, metrology, medical and security systems. According to some embodiments, the described LIDAR system is implemented as part of the front-end of a frequency modulated continuous-wave (FMCW) device that supports spatial awareness for autonomous driver assistance systems or self-driving vehicles. do.
[0026] 도 1은 본 개시의 예시적인 구현들에 따른 LIDAR 시스템(100)을 예시한다. LIDAR 시스템(100)은 각각의 다수의 구성 요소들 중 하나 이상을 포함하지만, 도 1에 도시된 것보다 더 적거나 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, LIDAR 시스템(100)은 포토닉스(photonics) 칩 상에 구현된 광 회로들(101)을 포함한다. 광 회로들(101)은 능동 광 구성 요소들 및 수동 광 구성 요소들의 조합을 포함할 수 있다. 능동 광 구성 요소들은 광 신호들 등을 생성, 증폭 및/또는 검출할 수 있다. 일부 예들에서, 능동 광 구성 요소는 상이한 파장들에서의 광 빔들을 포함하고, 하나 이상의 광 증폭기들, 하나 이상의 광 검출기들 등을 포함한다.1 illustrates a LIDAR
[0027] 자유 공간 광학계(115)는 광 신호를 운반하고 능동 광 회로의 적절한 입력/출력 포트들로 광 신호를 라우팅 및 조작하기 위해 하나 이상의 광 도파관들을 포함할 수 있다. 자유 공간 광학계(115)는 또한 탭(tap)들, 파장 분할 멀티플렉서(WDM: wavelength division multiplexer)들, 스플리터(splitter)들/결합기들, 편광 빔 스플리터(PBS: polarization beam splitter)들, 시준기(collimator)들, 커플러들 등과 같은 하나 이상의 광 구성 요소들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 자유 공간 광학계(115)는 편광 상태를 변환하고 수신된 편광 광을 예를 들어, PBS를 사용하여 광 검출기로 지향시키는 구성 요소들을 포함할 수 있다. 자유 공간 광학계(115)는 축(예를 들어, 빠른-축)을 따라 상이한 각도들에서 상이한 주파수들을 갖는 광 빔들을 편향시키는 회절 요소를 추가로 포함할 수 있다.[0027] The free space optics 115 may include one or more optical waveguides to carry the optical signal and route and manipulate the optical signal to appropriate input/output ports of the active optical circuit. Free space optics 115 may also include taps, wavelength division multiplexers (WDM), splitters/combiners, polarization beam splitters (PBS), collimators. )s, couplers, and the like. In some examples, free space optics 115 may include components that convert the polarization state and direct the received polarized light to a light detector using, for example, a PBS. Free space optics 115 may further include a diffractive element that deflects light beams with different frequencies at different angles along an axis (eg, fast-axis).
[0028] 일부 예들에서, LIDAR 시스템(100)은 스캐닝 패턴에 따라 환경을 스캐닝하기 위해 광 신호들을 스티어링(steering)하기 위해 회절 요소의 빠른-축에 직교하거나 실질적으로 직교하는 축(예를 들어, 느린-축)을 따라 회전 가능한 하나 이상의 스캐닝 미러들을 포함하는 광 스캐너(102)를 포함한다. 예를 들어, 스캐닝 미러들은 하나 이상의 갈바노미터(galvanometer)들에 의해 회전 가능할 수 있다. 광 스캐너(102)는 또한 광 회로들(101)의 수동 광 회로 구성 요소로 복귀되는 복귀 광 빔으로의 환경 내의 임의의 객체들에 입사하는 광을 수집한다. 예를 들어, 복귀 광 빔은 편광 빔 스플리터에 의해 광 검출기로 지향될 수 있다. 미러들 및 갈바노미터들에 추가하여, 광 스캐너(102)는 1/4 파장 플레이트, 렌즈, 반사 방지 코팅 윈도우 등과 같은 구성 요소들을 포함할 수 있다.[0028] In some examples, the LIDAR
[0029] 광 회로들(101) 및 광 스캐너(102)를 제어 및 지원하기 위해, LIDAR 시스템(100)은 LIDAR 제어 시스템들(110)을 포함한다. LIDAR 제어 시스템들(110)은 LIDAR 시스템(100)에 대한 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 프로세싱 디바이스는 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들일 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세싱 디바이스는 복합 명령 세트 컴퓨팅(CISC: complex instruction set computing) 마이크로프로세서, 축소 명령 세트 컴퓨터(RISC: reduced instruction set computer) 마이크로프로세서, 매우 긴 명령 워드(VLIW: very long instruction word) 마이크로프로세서, 또는 다른 명령 세트들을 구현하는 프로세서, 또는 명령 세트들의 조합을 구현하는 프로세서들일 수 있다. 프로세싱 디바이스는 또한 주문형 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA: field programmable gate array), 디지털 신호 프로세서(DSP: digital signal processor), 네트워크 프로세서 등과 같은 하나 이상의 특수 목적 프로세싱 디바이스들일 수 있다.[0029] To control and support the optical circuits 101 and the
[0030] 일부 예들에서, LIDAR 제어 시스템들(110)은 DSP와 같은 신호 프로세싱 유닛(112)을 포함할 수 있다. LIDAR 제어 시스템들(110)은 광 구동기(103)를 제어하기 위해 디지털 제어 신호들을 출력하도록 구성된다. 일부 예들에서, 디지털 제어 신호들은 신호 변환 유닛(106)을 통해 아날로그 신호들로 변환될 수 있다. 예를 들어, 신호 변환 유닛(106)은 디지털-대-아날로그 변환기를 포함할 수 있다. 그 후, 광 구동기들(103)은 레이저들 및 증폭기들과 같은 광원들을 구동하기 위해 광 회로들(101)의 능동 광 구성 요소들에 구동 신호들을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 복수의 광원들을 구동하기 위해 몇몇 광 드라이버들(103) 및 신호 변환 유닛들(106)이 제공될 수 있다.In some examples,
[0031] LIDAR 제어 시스템(110)은 또한 광 스캐너(102)에 대한 디지털 제어 신호들을 출력하도록 구성된다. 모션 제어 시스템(105)은 LIDAR 제어 시스템들(110)로부터 수신된 제어 신호들에 기초하여 광 스캐너(102)의 갈바노미터들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 디지털-대-아날로그 변환기는 LIDAR 제어 시스템들(110)로부터의 좌표 라우팅 정보를 광 스캐너(102)의 갈바노미터들에 의해 해석 가능한 신호들로 변환할 수 있다. 일부 예들에서, 모션 제어 시스템(105)은 또한 광 스캐너(102)의 구성 요소들의 포지션 또는 동작에 대한 정보를 LIDAR 제어 시스템들(110)에 반환할 수 있다. 예를 들어, 아날로그-대-디지털 변환기는 결국 갈바노미터의 포지션에 대한 정보를 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 해석 가능한 신호로 변환할 수 있다.[0031] The
[0032] LIDAR 제어 시스템들(110)은 진입하는 디지털 신호들을 분석하도록 추가로 구성된다. 이와 관련하여, LIDAR 시스템(100)은 광 회로(101)에 의해 수신된 하나 이상의 빔들을 측정하기 위한 광 수신기들(104)을 포함한다. 예를 들어, 기준 빔 수신기는 능동 광 구성 요소로부터의 기준 빔의 진폭을 측정할 수 있으며, 아날로그-대-디지털 변환기는 기준 수신기로부터의 신호들을 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 해석 가능한 신호들로 변환한다. 타깃 수신기들은 비트(beat) 주파수, 변조된 광 신호의 형태로 타깃의 레인지 및 속도에 대한 정보를 전달하는 광 신호를 측정한다. 반사된 빔은 국부 발진기로부터의 제2 신호와 혼합될 수 있다. 광 수신기들(104)은 타깃 수신기로부터의 신호들을 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 해석 가능한 신호들로 변환하기 위한 고속 아날로그-대-디지털 변환기를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광 수신기들(104)로부터의 신호들은 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의한 수신 전에 신호 컨디셔닝(conditioning) 유닛(107)에 의해 신호 컨디셔닝을 받을 수 있다. 예를 들어, 광 수신기들(104)로부터의 신호들은 수신된 신호들의 증폭을 위해 연산 증폭기에 제공될 수 있고 증폭된 신호들은 LIDAR 제어 시스템들(110)에 제공될 수 있다.[0032] The
[0033] 일부 애플리케이션들에서, LIDAR 시스템(100)은 환경의 이미지들을 캡처하도록 구성된 하나 이상의 이미징 디바이스들(108), 시스템의 지리적 위치를 제공하도록 구성된 글로벌 포지셔닝 시스템(109) 또는 다른 센서 입력들을 추가로 포함할 수 있다. LIDAR 시스템(100)은 또한 이미지 프로세싱 시스템(114)을 포함할 수 있다. 이미지 프로세싱 시스템(114)은 이미지들 및 지리적 위치를 수신하고 이미지들 및 위치 또는 이와 관련된 정보를 LIDAR 제어 시스템들(110) 또는 LIDAR 시스템(100)에 연결된 다른 시스템들에 송신하도록 구성될 수 있다.[0033] In some applications, the
[0034] 일부 예들에 따른 동작에서, LIDAR 시스템(100)은 2 차원에 걸쳐 레인지 및 속도를 동시에 측정하기 위해 비축퇴(nondegenerate) 광원들을 사용하도록 구성된다. 이러한 기능은 주변 환경의 레인지, 속도, 방위각 및 앙각의 실시간의 장거리 측정들을 허용한다.[0034] In operation according to some examples, the
[0035] 일부 예들에서, 스캐닝 프로세스는 광 구동기들(103) 및 LIDAR 제어 시스템들(110)로 시작한다. LIDAR 제어 시스템들(110)은 하나 이상의 광 빔들을 독립적으로 변조하도록 광 구동기들(103)에 명령하고, 이러한 변조된 신호들은 수동 광 회로를 통해 시준기로 전파된다. 시준기는 모션 제어 시스템(105)에 의해 정의된 사전 프로그래밍된 패턴을 통해 환경을 스캐닝하는 광 스캐닝 시스템에서 광을 지향시킨다. 광 회로들(101)은 또한 광이 광 회로들(101)을 떠날 때 광의 편광을 변환하기 위해 편광 파장판(PWP: polarization wave plate)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 편광 파장판은 1/4 파장판 또는 1/2 파장판일 수 있다. 편광된 광의 일부는 또한 광 회로들(101)로 다시 반사될 수 있다. 예를 들어, LIDAR 시스템(100)에 사용되는 렌징(lensing) 또는 시준 시스템들은 광의 일부를 광 회로들(101)로 다시 반사시키기 위해 자연 반사 특성들 또는 반사 코팅을 가질 수 있다.In some examples, the scanning process begins with
[0036] 환경으로부터 다시 반사된 광 신호들은 광 회로들(101)을 통해 수신기들로 전달된다. 광의 편광이 변환되었기 때문에, 이는 광 회로들(101)로 다시 반사된 편광된 광의 일부와 함께 편광 빔 스플리터에 의해 반사될 수 있다. 따라서, 광원과 동일한 섬유 또는 도파관으로 복귀하는 것이 아니라, 반사된 광은 별도의 광 수신기들로 반사된다. 이러한 신호는 서로 간섭하여 결합된 신호를 생성한다. 타깃으로부터 복귀하는 각각의 빔 신호는 시간-시프팅된(time-shifted) 파형을 생성한다. 두 파형들 사이의 시간적 위상차는 광 수신기들(광 검출기들)에서 측정된 비트 주파수를 생성한다. 결합된 신호는 그 후 광 수신기들(104)로 반사될 수 있다.[0036] The optical signals reflected back from the environment are transmitted to the receivers through the optical circuits 101. Since the light's polarization has been converted, it can be reflected by the polarizing beam splitter along with a portion of the polarized light that is reflected back into the optical circuits 101 . Thus, rather than returning to the same fiber or waveguide as the light source, the reflected light is reflected to separate light receivers. These signals interfere with each other to create a combined signal. Each beam signal returning from the target creates a time-shifted waveform. The temporal phase difference between the two waveforms produces the measured beat frequency at optical receivers (photodetectors). The combined signal may then be reflected back to
[0037] 광 수신기들(104)로부터의 아날로그 신호들은 ADC들을 사용하여 디지털 신호들로 변환된다. 그 후, 디지털 신호들은 LIDAR 제어 시스템들(110)로 송신된다. 신호 프로세싱 유닛(112)은 그 후 디지털 신호들을 수신하고 이를 해석할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 프로세싱 유닛(112)은 또한 모션 제어 시스템(105) 및 갈바노미터들(미도시)로부터의 포지션 데이터뿐만 아니라 이미지 프로세싱 시스템(114)으로부터 이미지 데이터도 수신한다. 그 후 광 스캐너(102)가 추가 지점들을 스캐닝할 때 신호 프로세싱 유닛(112)은 환경에서 지점들의 레인지 및 속도에 대한 정보를 갖는 3D 지점 클라우드를 생성할 수 있다. 신호 프로세싱 유닛(112)은 또한 주변 영역에서 객체들의 속도 및 거리를 결정하기 위해 3D 지점 클라우드 데이터를 이미지 데이터와 중첩시킬 수 있다. 시스템은 또한 정확한 글로벌 위치를 제공하기 위해 위성-기반 내비게이션 위치 데이터를 프로세싱한다.[0037] Analog signals from
[0038] 도 2는 일부 실시예들에 따라 타깃 환경을 스캐닝하기 위해 시스템(100)과 같은 LIDAR 시스템에 의해 사용될 수 있는 FMCW 스캐닝 신호(201)의 시간-주파수 다이어그램(200)이다. 일 예에서, 로 라벨링된 스캐닝 파형(201)은 처프(chirp) 대역폭 및 처프 주기 를 갖는 톱니 파형(톱니 "처프")이다. 톱니의 기울기는 로 주어진다. 도 2는 또한 일부 실시예들에 따른 타깃 복귀 신호(202)를 묘사한다. 로 라벨링된 타깃 복귀 신호(202)는 스캐닝 신호(201)의 시간-지연된 버전이며, 여기서 는 스캐닝 신호(201)에 의해 조명된 타깃으로 그리고 타깃으로부터의 왕복 시간이다. 왕복 시간은 로서 주어지고, 여기서 R은 타깃 레인지이고, 는 광속 c인 광 빔의 속도이다. 따라서, 타깃 레인지 R은 로 계산될 수 있다. 복귀 신호(202)가 스캐닝 신호와 광학적으로 혼합될 때, 레인지 의존 차이 주파수("비트 주파수") 가 생성된다. 비트 주파수 는 톱니 기울기 k에 의해 시간 지연 와 선형적으로 관련된다. 즉, 이다. 타깃 레인지 R은 에 비례하므로, 타깃 레인지 R은 로 계산될 수 있다. 즉, 레인지 R은 비트 주파수 에 선형적으로 관련된다. 비트 주파수 는 예를 들어, 시스템(100)의 광 수신기들(104)에서의 아날로그 신호로서 생성될 수 있다. 그 후 비트 주파수는 예를 들어, LIDAR 시스템(100)의 신호 컨디셔닝 유닛(107)과 같은 신호 컨디셔닝 유닛에서 아날로그-대-디지털 변환기(ADC: analog-to-digital converter)에 의해 디지털화될 수 있다. 그 후 디지털화된 비트 주파수 신호는 예를 들어, 시스템(100)의 신호 프로세싱 유닛(112)과 같은 신호 프로세싱 유닛에서 디지털로 프로세싱될 수 있다. 타깃 복귀 신호(202)는 일반적으로 또한 타깃이 LIDAR 시스템(100)에 대한 속도를 갖는 경우 주파수 오프셋(도플러 시프트)을 포함할 것이라는 점에 유의해야 한다. 도플러 시프트는 별도로 결정될 수 있으며 복귀 신호의 주파수를 보정하는 데 사용될 수 있어, 도플러 시프트는 설명의 단순함 및 용이성을 위해 도 2에 도시되지 않는다. 또한 ADC의 샘플링 주파수는 에일리어싱(aliasing) 없이 시스템에 의해 프로세싱될 수 있는 가장 높은 비트 주파수를 결정할 것이라는 점에 유의해야 한다. 일반적으로, 프로세싱될 수 있는 최고 주파수는 샘플링 주파수의 절반(즉, "나이퀴스트(Nyquist) 한계")이다. 일 예에서, 제한 없이, ADC의 샘플링 주파수가 1 기가헤르츠인 경우, 에일리어싱 없이 프로세싱될 수 있는 최고 비트 주파수 는 500 메가헤르츠이다. 이러한 한계는 결국 처프 기울기 k를 변경하여 조정될 수 있는 로서 시스템의 최대 레인지를 결정한다. 일 예에서, ADC로부터의 데이터 샘플들은 연속적일 수 있지만, 아래에 설명되는 후속 디지털 프로세싱은 LIDAR 시스템(100)의 일부 주기성과 연관될 수 있는 "시간 세그먼트들"로 분할될 수 있다. 일 예에서, 제한 없이, 시간 세그먼트는 사전 결정된 수의 처프 주기 T 또는 광 스캐너에 의한 방위각의 전체 회전 수에 대응할 수 있다.2 is a time-frequency diagram 200 of an FMCW scanning signal 201 that may be used by a LIDAR system, such as
[0039] 도 3은 일부 실시예들에 따른 예시적인 광학 시스템(300)을 예시하는 블록도이다. 광학 시스템(300)은 도 1과 관련하여 예시되고 설명된 광 스캐너(102)와 유사한 광 스캐너(301)를 포함할 수 있다. 광학 시스템(300)은 또한 광 프로세싱 시스템(302)을 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어, 자유 공간 광학계(115), 광 회로들(101), 광 구동기들(103), 광 수신기들(104) 및 신호 변환 유닛(106)의 요소들을 포함할 수 있다.3 is a block diagram illustrating an example
[0040] 광 프로세싱 시스템(302)은 주파수 변조 연속파(FMCW) 광 빔(304)을 생성하기 위한 광원(303)을 포함할 수 있다. 광 빔(304)은 광 빔(304)을 편광 빔 스플리터(PBS)(306)로 커플링하고 광 빔(304)의 샘플(307)을 광 검출기(PD)(308)로 커플링하도록 구성된 광 커플러(305)로 지향될 수 있다. PBS(306)는 광 빔(304)의 편광으로 인해 광 빔(304)을 광 스캐너(301)로 지향시키도록 구성된다. 광 스캐너(301)는 LIDAR 윈도우(309)의 시야(FOV)를 커버하는 방위각 및 앙각들의 레인지를 통해 광 빔(304)으로 타깃 환경을 스캐닝하도록 구성된다. 도 3에서, 예시의 용이함을 위해, 방위각 스캔만이 예시된다.The
[0041] 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 방위각(또는 각도들의 레인지)에서, 광 빔(304)은 차단되지 않고 LIDAR 윈도우(309)를 통과하고 타깃(310)을 조명할 수 있다. 타깃(310)으로부터의 복귀 신호(311-1)는 LIDAR 윈도우(309)를 통해 차단되지 않고 통과할 것이고 광 스캐너(301)에 의해 다시 PBS(306)로 지향될 것이다. 스캔의 나중 시간(즉, 증가된 방위각)에서, 광 빔(304)은 장애물(312)에 의해 차단되거나 부분적으로 차단된 LIDAR 윈도우(309) 상의 위치로 광 스캐너(301)에 의해 지향될 수 있다. 그 결과, 광 빔(304)은 LIDAR 윈도우(309)를 통과하여 장애물(312)에 의해 반사되거나 부분적으로 반사될 것이다. 장애물(312)로부터의 복귀 신호(311-2)는 LIDAR 윈도우(309)를 통해 다시 통과할 것이며 광 스캐너(301)에 의해 다시 PBS(306)로 지향될 것이다. 또한 장애물(312)에 의해 반사되거나 흡수되지 않는 광 빔(304)의 감쇠된 부분을 나타내는 감쇠된 광 빔(304A)이 도 3에 예시되어 있다. 단순화를 위해, 감쇠된 광 빔(304A)은 다른 타깃을 조명하는 것으로 도시되지 않는다.[0041] As shown in FIG. 3, at one azimuthal angle (or range of angles), the
[0042] 타깃(310) 또는 장애물(312)로부터의 반사로 인해 광 빔(304)과는 상이한 편광을 가질 결합된 복귀 신호(311)(타깃(310)으로부터의 복귀 신호(311-1) 및 장애물(312)로부터의 복귀 신호(311-2)를 포함하는 시간 영역 신호)는 PBS(306)에 의해 광 검출기(PD: photodetector)(308)로 지향된다. PD(308)에서, 결합된 복귀 신호(311)는 광 빔(304)의 로컬 샘플(307)과 공간적으로 혼합되어 시간 영역에서 레인지-의존 기저대역 신호(313)를 생성한다. 레인지-의존 기저대역 신호(313)는 시간에 대한 결합된 복귀 신호(311)와 307의 로컬 샘플 사이의 주파수 차이(즉, )이다.[0042] Combined return signal 311 (return signal 311-1 from
[0043] 도 4는 본 개시의 실시예에 의해 생성된 시간 영역 레인지-의존 기저대역 신호(313)의 예의 시간-크기 플롯이다. 도 4에서, 수평 축은 시간 또는 시간의 함수인 방위각 스캔 각도를 나타낼 수 있다. 도 3에 대해 예시되고 설명된 주어진 스캐닝 방향에서, 광 빔(304)은 도 4에 예시된 바와 같이 타깃(310)에 의해 먼저 반사된 후 장애물(312)에 의해 반사된다. 도 4의 장애물(312)로 인한 신호의 크기가 타깃(310)으로 인한 신호보다 더 크게 도시되어 있지만, 타깃의 레인지 및 장애물(312)의 반사 계수에 따라 항상 그런 것은 아닐 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 도 5에서 아래에 설명되는 바와 같이, 본 개시의 실시예들에 의해 설명된 신호 프로세싱 시스템들은 도 4에 묘사된 정보를 프로세싱하여 추가 프로세싱을 위해 사용될 수 있는 이산 시간 영역 시퀀스들을 생성한다.[0043] FIG. 4 is a time-magnitude plot of an example of a time-domain range-dependent baseband signal 313 generated by an embodiment of the present disclosure. In FIG. 4, the horizontal axis may represent time or an azimuth scan angle as a function of time. For a given scanning direction illustrated and described with respect to FIG. 3 ,
[0044] 도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 신호 프로세싱 시스템(500)을 예시하는 블록도이다. 신호 프로세싱 시스템(500)은 제한 없이 신호 변환 유닛(106), 신호 컨디셔닝 유닛(107), LIDAR 제어 시스템들(110), 신호 프로세싱 유닛(112) 및 모션 제어 시스템(105)을 포함하여 도 1과 관련하여 상술한 하나 이상의 구성 요소들의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다. 신호 프로세싱 시스템(500)의 각각의 기능 블록들은 하드웨어 펌웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어의 일부 조합으로 실현될 수 있다. 도 5에서, 광 프로세싱 시스템(300)으로부터 생성된 레인지-의존 기저대역 신호(313)는 연속적인 레인지-의존 기저대역 신호(313)를 이산 시간 영역 시퀀스(502)로 변환하는 시간 영역 샘플러(501)에 제공된다. 이산 시간 시퀀스(502)는 이산 시간 영역 시퀀스(502)를 이산 주파수 영역 시퀀스(504)로 변환하는 이산 푸리에 변환(DFT: discrete Fourier transform) 프로세서(503)에 제공된다. 이산 주파수 영역 시퀀스(504)에서, 장애물(312)까지 그리고 복귀로의 왕복 시간이 타깃(310)까지 그리고 복귀로의 왕복 시간보다 짧기 때문에, 장애물(312)과 연관된 주파수들은 타깃(310)과 연관된 해당 주파수들보다 더 낮고, 레인지-의존 기저대역 신호에서의 비트 주파수는 레인지에 비례한다는 것을 이해할 것이다. 즉, 이고, 여기서 은 비트 주파수이고, 는 왕복 이동 시간이고, k는 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이 처프 파형의 기울기이다.5 is a block diagram illustrating an exemplary
[0045] 광원으로부터 LIDAR 윈도우의 거리를 포함하는 LIDAR 시스템의 기하 형태가 알려져 있기 때문에, 도 5의 임계 주파수(505)와 같은 주어진 임계 주파수 미만인 임의의 비트 주파수가 LIDAR 윈도우 장애물과 연관되는 것으로 결정될 수 있다. 이산 주파수 영역 시퀀스(504)는 주파수 영역에서 에너지 피크들을 검색 및 식별하여 타깃 복귀들(예를 들어, 타깃 복귀(311-1)) 및 LIDAR 윈도우 장애물들로부터의 복귀들(예를 들어, 장애물(312)로부터의 복귀(311-2)) 모두를 식별하는 피크 검색 프로세서(506)에 제공된다. 일 예에서, 신호 프로세싱 시스템(500)은 또한 시스템에 의해 도입된 주파수 아티팩트를 보정 및/또는 제거하기 위해 주파수 보상 프로세서(507)를 포함한다. 예를 들어, 일부 시나리오들에서, 스캐닝 프로세스 자체는 광 스캐너(301)에서 미러들의 고속 회전으로 인해 도플러 주파수 시프트들을 도입할 수 있다. 주파수 보상 프로세서(507)에 의한 주파수 보상 후에, 레인지-의존 기저대역 신호(313)에서 반사된 복귀 신호의 에너지-주파수 프로파일을 포함하는 피크 검색 프로세서(506)에 의해 제공된 정보는 사후-프로세서(508)에 제공된다. 사후-프로세서(508)는 메모리(509)에 저장된 프로세싱 명령들을 사용하여 복귀 신호의 에너지-주파수 프로파일과 예를 들어, LIDAR 시스템(100)으로부터의 모션 제어 시스템(105)으로부터의 방위각 및 앙각 데이터를 결합하여 LIDAR 윈도우의 시야(FOV)의 반사도 맵 및 전체 윈도우 건전성 보고서를 생성한다.[0045] Since the geometry of the LIDAR system, including the distance of the LIDAR window from the light source, is known, any beat frequency below a given threshold frequency, such as
[0046] 도 6은 반사도 맵(600)의 예이다. 예시적인 반사도 맵(600)은 인접한 장애물(601)의 플롯을 포함한다. 장애물(601)의 각각의 지점은 도 3의 광 프로세싱 시스템(300)의 LIDAR 윈도우(309)와 같은 LIDAR 윈도우의 FOV의 픽셀을 나타내고, 여기서 각각의 픽셀은 방위각 및 앙각과 연관된다. 도 6의 예에서, 방위각은 -50 도 내지 +50 도의 100 도에 걸쳐 있고, 앙각은 -30 도 내지 +30 도의 60 도에 걸쳐 있다. LIDAR 윈도우의 반사도는 각각의 앙각과 각각의 방위각에서 반사도 컨투어(contour)로 플롯팅될 수 있다. 예를 들어, 도 6에서, 20 도의 앙각에서의 반사도 대 방위각이 반사도 컨투어(602)에 의해 예시된다. 유사하게, -30 도의 방위각에서의 반사도 대 앙각은 반사도 컨투어(603)에 의해 예시된다.6 is an example of a
[0047] 반사도 맵 및 윈도우 건전성 보고서는 신호 프로세싱 유닛(112) 및 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 사용되어 장애물 또는 장애물들의 임의의 동작 효과들을 결정하고 동작 효과들을 완화하는 데 필요한 임의의 액션들을 트리거링할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 윈도우 건전성 보고서는 윈도우(309)의 FOV의 어느 부분이 차단되는지 그리고 차단되는 정도에 관한 상세 사항들을 포함한다. 예를 들어, 윈도우 건전성 보고서는 LIDAR 시스템(100)이 안전하게 동작하기에 충분한 가시성을 가지고 있는지 여부와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 윈도우 건전성 보고서가 윈도우 장애물의 레벨로 인해 안전하지 않은 동작 상태를 나타내면, LIDAR 제어 시스템(110)은 LIDAR 시스템(100)을 운반하는 차량 또는 다른 플랫폼이 보정 액션이 취해질 수 있는 안전한 위치에 주차하도록 지시할 수 있다. 반사도 맵 및 윈도우 건전성 보고서를 사용하여 차단되거나 손상된 시야들을 매핑하고 장애물(들)로부터 반사된 에너지의 양과 복귀 신호의 신호 대 잡음비들에 기초하여 손상된 FOV들에서 최대 검출 레인지들을 계산할 수 있다. 신호 프로세싱 유닛(112)은 이 정보를 사용하여 차단된 FOV가 예를 들어, 이동하는 차량의 전방 시야와 같은 안전 임계 FOV인지를 결정할 수 있다. 신호 프로세싱 시스템(500)은 또한 최대 검출 레인지의 감소가 안전 임계 최소 감지 레인지를 넘어 도로 장애물들 또는 다른 이동 차량들의 검출 및 회피를 방지하는 안전 임계 손상인지 결정할 수 있다. 차량-장착 LIDAR 시스템을 포함하는 일 예에서, 신호 프로세싱 유닛(112) 및 LIDAR 제어 시스템(110)은 동작 효과들을 완화하기 위해 보정 액션을 취할 수 있다. 이러한 보정 액션은 예를 들어, 차량이 반응 시간을 증가시키기 위해 속도를 낮추게 하고, 안전한 위치에 주차하게 하며 그리고/또는 윈도우 와싱, 윈도우 와이퍼 시스템을 활성화하는 것과 같이 윈도우 청소 절차를 구현하게 하는 제어 신호들을 송신하는 것일 수 있다.[0047] The reflectivity map and window health report are used by
[0048] 일부 실시예들에 따르면, 본원에 설명된 LIDAR 시스템들은 레인지-의존 기저대역 신호(313)를 샘플링하기 위해 시간 영역 샘플러(501)에 의해 사용하기 위한 샘플링 레이트 및 LIDAR 윈도우 시야의 픽셀 당 샘플들의 수로 구성될 수 있다. 도 7의 타임라인들(701 및 702)에 의해 도시된 바와 같이, 픽셀 당 샘플들의 수는 고정된 샘플링 레이트를 갖는 것으로 가정된다. 타임라인(701)은 픽셀 당 N 개의 샘플을 예시하는 반면 타임라인(702)은 픽셀 당 2N 개의 샘플들을 예시한다. 픽셀 당 샘플들의 수의 선택은 각도 해상도(즉, 장애물들의 위치의 정밀도)와 주파수 해상도(레인지 해상도로 변환됨) 사이의 트레이드오프를 제시한다. 픽셀 당 샘플들 수가 줄어들면, 각도 해상도는 증가하고 레인지 해상도는 감소할 수 있다. 다른 시나리오에서, 픽셀 당 샘플들의 수가 증가하면, 각도 해상도가 감소하고 레인지 해상도는 증가할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 시간 영역 샘플러(501)는 차단된 FOV의 부분을 더 잘 분석하기 위해 윈도우 차단이 검출되었을 때 샘플링 레이트를 증가시킬 수 있다. 레인지 해상도를 희생하지 않고 각도 해상도를 증가시키기 위해 샘플링 레이트의 증가가 사용될 수 있다.[0048] According to some embodiments, the LIDAR systems described herein may vary the sampling rate for use by the
[0049] 도 8은 본 개시에 따라 LIDAR 윈도우 차단의 동작 효과들을 검출하고 완화하기 위한 예시적인 방법(800)을 예시하는 흐름도이다. 방법(800)은 FMCW LIDAR 복귀 신호(예를 들어, 복귀 신호(311))로부터 레인지-의존 기저대역 신호(예를 들어, 기저대역 신호(313))를 생성하는 동작(802)에서 시작한다. 방법(800)은 시간 영역에서 (예를 들어, 시간 영역 샘플러(501)로) 레인지-의존 기저대역 신호를 샘플링하는 동작(804)에서 계속된다: 한다. 방법(800)은 (예를 들어, DFT 프로세서(503)로)시간 영역 샘플들을 주파수 영역으로 변환하는 동작(806)에서 계속된다. 방법(800)은 (예를 들어, 피크 검색 프로세서(506)로) 임계 주파수 미만인 주파수들에서 주파수 영역 에너지 피크들을 검색하는 동작(808)에서 계속된다. 방법(800)은 (예를 들어, 사후-프로세서(508)에서) FMCW LIDAR 시스템의 차단된 FOV를 결정하는 동작(810)에서 계속된다. 방법(800)은 (예를 들어, 포스트-프로세서(508)에 의해 생성된 반사도 맵으로부터) 차단된 FOV에서 반사된 에너지를 결정하는 동작(812)에서 계속된다. 방법(800)은 (예를 들어, 신호 프로세싱 유닛(112)에 의해) 차단된 FOV가 안전 임계 FOV인지 결정하는 동작(814)에서 계속된다. 방법(800)은 (예를 들어, 신호 프로세싱 유닛(112)에 의해) 최대 검출 레인지가 최소 안전 임계 검출 레인지보다 작은지 여부를 결정하는 동작(816)에서 계속된다. 방법(800)은 (예를 들어, 윈도우를 자동으로 와싱/와이핑하거나 후속 청소를 위해 LIDAR 시스템의 호스트 차량을 안전한 위치로 자동으로 안내함으로써) 차단을 완화시키는 동작(818)에서 종료된다.[0049] FIG. 8 is a flow diagram illustrating an
[0050] 도 9는 본 개시에 따라 FMCW LIDAR 시스템에 대한 LIDAR 윈도우 차단의 동작 효과들을 검출하고 완화하기 위한 시스템(900)의 블록도이다. 시스템(900)은 신호 프로세싱 유닛(112) 및/또는 신호 프로세싱 시스템(500)의 일부일 수 있는 프로세서(901)를 포함한다. 시스템(900)은 또한 명령들을 포함하는 메모리(902)(예를 들어, ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 비일시적 컴퓨터-판독 가능 매체)를 포함하며, 명령들은 프로세싱 디바이스(901)에 의해 실행될 때, LIDAR 시스템으로 하여금 도 8과 관련하여 설명된 바와 같이 LIDAR 시스템(100)에 대한 LIDAR 윈도우 장애물들의 동작 효과들을 검출하고 평가하기 위한 방법을 포함하는 동작들을 수행하게 한다. 특히, 비일시적 컴퓨터-판독 가능 메모리(902)는 FMCW LIDAR 복귀 신호(예를 들어, 복귀 신호(311))로부터 레인지-의존 기저대역 신호를 생성하기 위한 명령들(904); (예를 들어, 시간 영역 샘플러(501)로) 시간 영역에서 레인지-의존 기저대역 신호를 샘플링하기 위한 명령들(906); (예를 들어, DFT 프로세서(503)로) 시간-영역 샘플들을 주파수 영역으로 변환하기 위한 명령들(908); (예를 들어, 피크 검색 프로세서(506)로) 임계 주파수 미만인 주파수들에서 주파수 영역 에너지 피크들을 검색하기 위한 명령들(910); (예를 들어, 사후-프로세서(508)에서) LIDAR 시스템의 차단된 시야(FOV)를 결정하기 위한 명령들(912); (예를 들어, 사후-프로세서(508)에 의해 생성된 반사도 맵으로부터) 차단된 FOV에서 반사된 에너지를 결정하기 위한 명령들(914); (예를 들어, 신호 프로세싱 유닛(112)에 의해) 차단된 FOV가 안전 임계 FOV인지 여부를 결정하기 위한 명령들(916); (예를 들어, 신호 프로세싱 유닛(112)에 의해) 최대 검출 레인지가 최소 안전 임계 검출 레인지보다 작은지 여부를 결정하기 위한 명령들(918); 및 (예를 들어, 윈도우를 자동으로 청소/와이핑하거나 후속 청소를 위해 LIDAR 시스템의 호스트 차량을 안전한 위치로 자동으로 안내함으로써) 차단을 완화하기 위한 명령들(920)을 포함한다.9 is a block diagram of a
[0051] 위의 설명은 본 개시의 몇몇 예들에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 시스템들, 구성 요소들, 방법들 등의 예들과 같은 많은 특정 상세 사항들을 제시한다. 그러나, 본 개시의 적어도 일부 예들이 이러한 특정 상세 사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 공지된 구성 요소들 또는 방법들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세하게 설명되지 않거나 간단한 블록도 형태로 제공된다. 따라서, 제시된 특정 상세 사항들은 단지 예시일 뿐이다. 특정 예들은 이러한 예시적인 상세 사항들과 다를 수 있으며, 여전히 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다.[0051] The above description sets forth numerous specific details such as examples of specific systems, components, methods, etc., in order to provide a thorough understanding of some examples of the present disclosure. However, it will be apparent to those skilled in the art that at least some examples of the present disclosure may be practiced without these specific details. In other instances, well-known components or methods are not described in detail or are presented in simplified block diagram form in order to avoid unnecessarily obscuring the present disclosure. Accordingly, the specific details presented are exemplary only. Specific examples may differ from these illustrative details and still be considered within the scope of this disclosure.
[0052] 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 예" 또는 "예"에 대한 임의의 참조는 예들과 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 적어도 일 예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에서 "일 예에서" 또는 "예에서"라는 문구의 등장이 반드시 모두 동일한 예를 지칭하는 것은 아니다.[0052] Any reference to "an example" or "an example" throughout this specification means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the example is included in at least one example. Thus, the appearances of the phrases “in one example” or “in an example” in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same example.
[0053] 본원에서는 방법들의 동작들이 특정 순서로 도시되고 설명되었지만, 각각의 방법의 동작들의 순서가 변경되어 특정 동작들이 역순으로 수행되거나 특정 동작이 다른 동작들과 적어도 부분적으로 동시에 수행될 수 있다. 개별 동작들의 명령들 또는 하위 동작들은 간헐적 또는 교대 방식으로 수행될 수 있다.[0053] Although operations of methods are shown and described herein in a particular order, the order of operations of each method may be modified such that certain acts may be performed in reverse order or certain acts may be performed at least partially concurrently with other acts. Instructions or sub-operations of individual operations may be performed intermittently or in an alternating manner.
[0054] 요약서에 설명된 것을 포함하여 본 발명의 예시된 구현들에 대한 상술한 설명은 개시된 바로 그 형태들로 본 발명을 제한하거나 완전한 것으로 의도되지는 않는다. 본 발명의 특정 구현 및 예들은 예시의 목적으로 본원에 설명되어 있으며, 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 다양한 등가 수정이 가능하다. "예" 또는 "예시적인"이라는 단어들은 본원에서 예, 실례 또는 예시로서의 역할을 한다는 의미로 사용된다. 본원에서 "예" 또는 "예시적인"으로 설명된 임의의 양태 또는 설계는 반드시 다른 양태들 또는 설계들보다 선호되거나 유리한 것으로 해석되지는 않는다. 오히려, "예" 또는 "예시적인"이라는 단어들의 사용은 구체적인 방식으로 개념들을 제시하는 것으로 의도된다. 본 출원에서 사용된 "또는"이라는 용어는 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다. 즉, 달리 특정되거나 문맥에서 명확하지 않는 한, "X가 A 또는 B를 포함한다"는 자연적 포함 순열들 중 임의의 것을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 포함하고; X가 B를 포함하고; 또는 X가 A와 B를 모두 포함하는 경우, "X는 A 또는 B를 포함한다"는 위의 경우들 중 임의의 것에 충족된다. 또한, 본 출원 및 첨부된 청구항들에 사용된 단수 형태는 일반적으로 달리 특정되거나 단수형을 가리키는 것으로 문맥상 명료하지 않는 한 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본원에서 사용되는 "제1", "제2", "제3", "제4" 등의 용어들은 상이한 요소들 간을 구별하기 위한 라벨들로서 의도되며, 반드시 해당 숫자 표기에 따른 서수적 의미를 갖는 것은 아니다.[0054] The foregoing description of illustrated implementations of the invention, including that described in the Abstract, is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed. Specific implementations and examples of the invention have been described herein for purposes of illustration, and various equivalent modifications are possible within the scope of the invention as those skilled in the relevant art will recognize. The words "example" or "exemplary" are used herein to mean serving as an example, instance, or illustration. Any aspect or design described herein as “example” or “exemplary” is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other aspects or designs. Rather, use of the words “example” or “exemplary” is intended to present concepts in a concrete manner. The term "or" as used in this application is intended to mean an inclusive "or" rather than an exclusive "or". That is, unless otherwise specified or clear from context, "X includes A or B" is intended to mean any of the natural inclusive permutations. That is, X includes A; X comprises B; or when X includes both A and B, “X includes A or B” satisfies any of the above cases. Also, as used in this application and the appended claims, the singular forms "a" and "an" are generally to be construed to mean "one or more" unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "first", "second", "third", and "fourth" used herein are intended as labels for distinguishing between different elements, and must be assigned ordinal numbers according to the corresponding number. It doesn't have meaning.
Claims (20)
LIDAR 윈도우를 통해 광 빔을 전송하고 상기 광 빔의 반사들로부터 복귀 신호를 수신하는 광 스캐너;
상기 복귀 신호에 대응하는 레인지-의존 기저대역 신호를 생성하는 광 프로세싱 시스템; 및
신호 프로세싱 시스템을 포함하고, 상기 신호 프로세싱 시스템은,
프로세서;
메모리를 포함하고, 상기 메모리는 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 LIDAR 시스템으로 하여금,
상기 복귀 신호가 상기 LIDAR 윈도우 상에 있는 또는 상기 LIDAR 윈도우 부근에 있는 장애물에 의해 야기되는지 여부를 결정하게 하고,
상기 LIDAR 시스템에 대한 상기 장애물의 동작 효과들을 결정하게 하고, 그리고
상기 장애물의 상기 동작 효과들을 완화하게 하는 명령들을 저장하는, LIDAR 시스템.As a light detection and ranging (LIDAR) system,
an optical scanner that transmits a light beam through a LIDAR window and receives a return signal from reflections of the light beam;
an optical processing system that generates a range-dependent baseband signal corresponding to the return signal; and
A signal processing system comprising:
processor;
a memory, wherein the memory, when executed by the processor, causes the LIDAR system to:
determine whether the return signal is caused by an obstacle on or near the LIDAR window;
determine operational effects of the obstacle on the LIDAR system; and
and stores instructions to mitigate the operating effects of the obstacle.
상기 복귀 신호가 상기 LIDAR 윈도우 상의 장애물에 의해 야기되는지 여부를 결정하기 위해, 상기 프로세서는 추가로 상기 LIDAR 시스템으로 하여금 임계 주파수 미만인, 상기 레인지-의존 기저대역 신호의 주파수들을 검출하게 하는, LIDAR 시스템.According to claim 1,
To determine whether the return signal is caused by an obstacle on the LIDAR window, the processor further causes the LIDAR system to detect frequencies of the range-dependent baseband signal that are below a threshold frequency.
상기 장애물의 상기 동작 효과들을 결정하기 위해, 상기 프로세서는 추가로 상기 LIDAR 시스템으로 하여금 상기 장애물에 의해 반사된 에너지 및 차단된 시야(FOV: field of view)를 식별하기 위해 반사도 맵을 생성하게 하는, LIDAR 시스템.According to claim 2,
To determine the operational effects of the obstacle, the processor further causes the LIDAR system to generate a reflectivity map to identify energy reflected by the obstacle and an obstructed field of view (FOV). LIDAR system.
상기 신호 프로세싱 시스템은 추가로 상기 차단된 FOV가 안전 임계 FOV인지 여부를 결정하고 최대 검출 레인지가 최소 안전 임계 검출 레인지보다 작은지 여부를 결정하기 위해 상기 FOV의 상기 반사도 맵을 분석하는, LIDAR 시스템.According to claim 3,
wherein the signal processing system further analyzes the reflectivity map of the FOV to determine whether the blocked FOV is a safety threshold FOV and to determine whether a maximum detection range is less than a minimum safety threshold detection range.
상기 LIDAR 시스템은 차량-장착 시스템을 포함하고, 상기 신호 프로세싱 시스템은 상기 차량의 속도를 늦추고, 상기 차량을 주차하고, 상기 LIDAR 윈도우를 청소하라는 하나 이상의 커맨드들에 의해 상기 장애물의 상기 동작 효과들을 완화하는, LIDAR 시스템.According to claim 4,
The LIDAR system includes a vehicle-mounted system, the signal processing system mitigating the operational effects of the obstacle by one or more commands to slow the vehicle, park the vehicle, and clean the LIDAR window. which, the LIDAR system.
상기 광 프로세싱 시스템은,
FMCW 광 빔을 생성하는 광원;
상기 광원으로부터 상기 FMCW 광 빔을 수신하는 광 커플러;
상기 FMCW 광 빔을 상기 광 스캐너로 지향시키고 상기 광 스캐너로부터 상기 복귀 신호를 수신하기 위해 상기 광 커플러와 커플링된 편광 빔 스플리터(PBS: polarization beam splitter); 및
상기 PBS로부터의 상기 복귀 신호 및 상기 광 커플러로부터의 상기 FMCW 광 빔의 샘플을 수신하는 광 검출기(PD: photodetector) ― 상기 PD는 상기 복귀 신호와 상기 FMCW 광 빔의 상기 샘플과의 공간 혼합으로부터 상기 레인지-의존 기저대역 신호를 생성함 ― 를 포함하는, LIDAR 시스템.According to claim 1,
The optical processing system,
a light source generating an FMCW light beam;
an optical coupler receiving the FMCW light beam from the light source;
a polarization beam splitter (PBS) coupled with the optical coupler for directing the FMCW optical beam to the optical scanner and receiving the return signal from the optical scanner; and
A photodetector (PD) receiving the return signal from the PBS and a sample of the FMCW light beam from the optical coupler - the PD receives the return signal from spatial mixing of the FMCW light beam with the sample generating a range-dependent baseband signal.
상기 신호 프로세싱 시스템은,
상기 레인지-의존 기저대역 신호의 시간 영역 샘플들을 생성하기 위해 상기 광 프로세싱 시스템과 커플링된 샘플러;
상기 시간 영역 샘플들을 주파수 영역으로 변환하기 위해 상기 샘플러에 커플링된 이산 푸리에 변환(DFT: discrete Fourier transform) 프로세서; 및
상기 임계 주파수 미만인 주파수들에서 에너지 피크들을 검색하기 위해 상기 DFT 프로세서에 커플링된 피크 검색 프로세서를 포함하는, LIDAR 시스템.According to claim 2,
The signal processing system,
a sampler coupled with the optical processing system to generate time domain samples of the range-dependent baseband signal;
a discrete Fourier transform (DFT) processor coupled to the sampler to transform the time domain samples to the frequency domain; and
and a peak search processor coupled to the DFT processor to search for energy peaks at frequencies below the threshold frequency.
상기 신호 프로세싱 시스템은,
도플러(Doppler) 스캐닝 아티팩트들을 보정하기 위해 피크 검색 엔진에 커플링된 주파수 보상 프로세서; 및
상기 FOV 반사도 맵 및 LIDAR 윈도우 건전성 보고서를 생성하기 위해 상기 주파수 보상 프로세서에 커플링된 사후-프로세서를 더 포함하는, LIDAR 시스템.According to claim 6,
The signal processing system,
a frequency compensation processor coupled to the peak search engine to correct Doppler scanning artifacts; and
and a post-processor coupled to the frequency compensation processor to generate the FOV reflectivity map and LIDAR window health report.
LIDAR 복귀 신호로부터 LIDAR 윈도우 상에 있는 또는 상기 LIDAR 윈도우 부근에 있는 장애물을 검출하는 단계;
상기 LIDAR 시스템에 대한 윈도우 장애물의 동작 효과를 결정하는 단계; 및
상기 LIDAR 시스템에 대한 상기 윈도우 장애물의 동작 효과를 완화하는 단계를 포함하는, 방법.As a method in a light detection and ranging (LIDAR) system,
detecting an obstacle on or near the LIDAR window from the LIDAR return signal;
determining the operational effect of a window obstacle on the LIDAR system; and
mitigating the operating effect of the window obstacle on the LIDAR system.
상기 윈도우 장애물을 검출하는 단계는,
상기 LIDAR 복귀 신호로부터 레인지-의존 기저대역 신호를 생성하는 단계; 및
상기 LIDAR 윈도우에서의 또는 상기 LIDAR 윈도우 부근에서의 레인지들에 대응하는 임계 주파수 미만인 주파수들을 상기 레인지-의존 기저대역 신호에서 검출하는 단계를 포함하는, 방법.According to claim 9,
The step of detecting the window obstacle,
generating a range-dependent baseband signal from the LIDAR return signal; and
detecting frequencies in the range-dependent baseband signal that are less than a threshold frequency corresponding to ranges in or near the LIDAR window.
상기 임계 주파수 미만인 주파수들을 상기 레인지-의존 기저대역 신호에서 검출하는 단계는,
시간 영역에서 상기 레인지-의존 기저대역 신호를 샘플링하는 단계;
시간 영역 샘플들을 주파수 영역으로 변환하는 단계; 및
상기 임계 주파수 미만인 주파수들에서 주파수 영역 에너지 피크들을 검색하는 단계를 포함하는, 방법.According to claim 10,
Detecting frequencies below the threshold frequency in the range-dependent baseband signal comprises:
sampling the range-dependent baseband signal in the time domain;
converting time domain samples to frequency domain; and
Searching for frequency domain energy peaks at frequencies below the threshold frequency.
상기 윈도우 장애물의 상기 동작 효과를 결정하는 단계는,
상기 LIDAR 시스템의 시야(FOV)의 반사도 맵을 생성하는 단계; 및
상기 LIDAR 시스템의 차단된 FOV를 식별하고 상기 차단된 FOV로부터 반사된 에너지를 결정함으로써 상기 반사도 맵을 분석하는 단계를 포함하는, 방법.According to claim 9,
Determining the operating effect of the window obstacle comprises:
generating a reflectivity map of a field of view (FOV) of the LIDAR system; and
analyzing the reflectivity map by identifying an occluded FOV of the LIDAR system and determining energy reflected from the occluded FOV.
상기 차단된 FOV가 안전 임계 FOV인지 여부를 결정하는 단계; 및
최대 검출 레인지가 최소 안전 임계 검출 레인지보다 작은지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.According to claim 12,
determining whether the blocked FOV is a safety threshold FOV; and
and determining whether the maximum detection range is less than the minimum safety threshold detection range.
상기 LIDAR 시스템은 차량-장착 LIDAR 시스템을 포함하고, 상기 윈도우 장애물의 상기 동작 효과를 완화하는 단계는 상기 차량의 속도를 늦추고, 상기 차량을 주차하고, 상기 LIDAR 윈도우를 청소하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.According to claim 9,
The LIDAR system comprises a vehicle-mounted LIDAR system, and wherein mitigating the operating effect of the window obstruction comprises at least one of slowing the vehicle, parking the vehicle, and cleaning the LIDAR window. How to.
상기 명령들은 LIDAR 시스템의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 LIDAR 시스템으로 하여금,
LIDAR 복귀 신호로부터 LIDAR 윈도우 상에 있는 또는 상기 LIDAR 윈도우 부근에 있는 장애물을 검출하게 하고;
상기 LIDAR 시스템에 대한 상기 LIDAR 윈도우 장애물의 동작 효과를 결정하게 하고; 그리고
상기 LIDAR 시스템에 대한 상기 LIDAR 윈도우 장애물의 상기 동작 효과를 완화하게 하는, 컴퓨터-판독 가능 저장 매체.A non-transitory computer-readable storage medium containing instructions,
The instructions, when executed by the LIDAR system's processor, cause the LIDAR system to:
detect an obstacle on or near the LIDAR window from the LIDAR return signal;
determine an operating effect of the LIDAR window obstacle on the LIDAR system; and
mitigating the operating effect of the LIDAR window obstacle on the LIDAR system.
상기 LIDAR 윈도우 장애물을 검출하기 위해, 상기 LIDAR 시스템은 추가로,
상기 LIDAR 복귀 신호로부터 레인지-의존 기저대역 신호를 생성하고; 그리고
상기 LIDAR 윈도우에서의 또는 상기 LIDAR 윈도우 부근에서의 레인지들에 대응하는 임계 주파수 미만인 주파수들을 상기 레인지-의존 기저대역 신호에서 검출하는, 컴퓨터-판독 가능 저장 메모리.According to claim 15,
To detect the LIDAR window obstacle, the LIDAR system further comprises:
generate a range-dependent baseband signal from the LIDAR return signal; and
detect frequencies in the range-dependent baseband signal that are less than a threshold frequency corresponding to ranges in or near the LIDAR window.
상기 임계 주파수 미만인 주파수들을 상기 레인지-의존 기저대역 신호에서 검출하기 위해, 상기 LIDAR 시스템은 추가로,
시간 영역에서 상기 레인지-의존 기저대역 신호를 샘플링하고;
시간 영역 샘플들을 주파수 영역으로 변환하고; 그리고
상기 임계 주파수 미만인 주파수들에서 주파수 영역 에너지 피크들을 검색하는, 컴퓨터-판독 가능 저장 메모리.According to claim 16,
To detect frequencies in the range-dependent baseband signal that are below the threshold frequency, the LIDAR system further comprises:
sampling the range-dependent baseband signal in the time domain;
transform time domain samples to frequency domain; and
Search for frequency domain energy peaks at frequencies below the threshold frequency.
상기 LIDAR 시스템에 대한 상기 LIDAR 윈도우 장애물의 동작 효과를 결정하기 위해, 상기 LIDAR 시스템은 추가로,
상기 LIDAR 시스템의 시야(FOV)의 반사도 맵을 생성하고; 그리고
상기 LIDAR 시스템의 차단된 FOV를 결정하고 상기 차단된 FOV로부터 반사된 에너지를 결정하기 위해 상기 반사도 맵을 분석하는, 컴퓨터-판독 가능 저장 메모리.According to claim 15,
To determine the operating effect of the LIDAR window obstacle on the LIDAR system, the LIDAR system further comprises:
generate a reflectivity map of a field of view (FOV) of the LIDAR system; and
computer-readable storage memory for determining an obstructed FOV of the LIDAR system and analyzing the reflectivity map to determine energy reflected from the obstructed FOV.
상기 LIDAR 시스템은 추가로,
상기 차단된 FOV가 안전 임계 FOV인지 여부를 결정하고; 그리고
최대 검출 레인지가 최소 안전 임계 검출 레인지보다 작은지 여부를 결정하는, 컴퓨터-판독 가능 저장 메모리.According to claim 18,
The LIDAR system further,
determine whether the blocked FOV is a safety threshold FOV; and
A computer-readable storage memory for determining whether a maximum detection range is less than a minimum safety threshold detection range.
상기 LIDAR 시스템은 차량-장착 시스템을 포함하고, 상기 LIDAR 윈도우 장애물의 상기 동작 효과들을 완화하기 위해, 상기 LIDAR 시스템은 상기 차량의 속도를 늦추거나, 상기 차량을 주차하거나, 또는 상기 LIDAR 윈도우를 청소하라는 명령을 받는, 컴퓨터-판독 가능 저장 메모리.According to claim 15,
The LIDAR system includes a vehicle-mounted system, and to mitigate the operating effects of the LIDAR window obstruction, the LIDAR system provides instructions to slow the vehicle, park the vehicle, or clean the LIDAR window. A computer-readable storage memory that receives instructions.
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